Antibiotika virkningsmekanismer og resistens

Hvad behandles når man tager antibiotika?

hele kroppen. ikke kun det ønskede område

hvilke typer antimikrobielle stoffer findes?

hvilke krav findes til antimikrobielle stoffer?

• selektiv virkning på mikroorganismer

• smalspektret aktivitet

• dræbende effekt (baktericid)

• langsom resistensudvikling

beskriv selektiv virkning på mikroorganismer

Skal virke på bakterier eller svampe og skal kunne behandles uden at slå andre organismer ihjel

• bakterier: Det gode ved bakterier er at de er prokaryoter. Så kan rammes mange steder uden humane celler rammes

• svampe: Men svampe er ikke prokaryoter. Så langt færre præparater til at behandle svampe.

• virus: Virus er ikke egentlige celler. De formerer sig inde i kroppens egne celler (intracellulært) og bruger værtscellens maskineri. Hvis man angriber virus, risikerer man også at skade værtscellen. endnu sværere

beskriv smalspektret aktivitet og eksempel

Skal virke på så små bakterier ad gangen/virker på få typer bakterier. Hvis det virker på mange kan der være flere bivirkninger og der chance for resistens

smalspektret virkning:

• penicilin rammer bakteriens cellevæg og virker især på gram-positive bakterier pga deres tykke cellevæg

bredspektret virkning:

• Virker mod mange forskellige bakterier. alle bakterier

• Eksempel: Tetracyklin, som hæmmer proteinsyntesen.

opsummerende: hvilke typer bakterier virker bred- og smalspektret antibiotika på

AB med smalspektret virkning: kun få typer bakterier

Ab med bredspektret virkning: alle/mange typer bakterier

beskriv den dræbende effekt (er også ift AB’s aktivitet)

findes både dræbende og hæmmende antibiotika. Skal helst dræbe

• baktericid virkning: dræber bakterier

• bakteriostatisk virkning: hæmmer bakterier

hvad er MIC og MBC

MIC ses i sammenhæng med AB med baktericid virkning: Er den laveste AB koncentration hvor alle bakterier dør. ses ved dyrkning af af inokulum på agar

hvordan bruges MIC til at vurdere resistens?

• Lav MIC → bakterien hæmmes allerede ved en lille mængde antibiotika → ofte følsom.

• Høj MIC → der skal meget antibiotika til for at hæmme væksten → ofte resistent.

beskriv antagonisme og synergisme

To antibiotika kan sammen styrke hinanden eller hæmme hinandens effekt

• antagonisme: hæmmer hinanden

• synergisme: styrker hinanden

hvilke typer resistens findes for beskriv dem

• medfødt resistens: bakterie har aldrig været følsom

• erhvervet resistens: sker via mutationer (vertikal nedarvning) eller erhvervelse af resistensgener via horisontal genoverførsel af feks plasmider

hvordan sker genoverførslen af plasmider ved erhvervet resistens?

bakterier kan optage resistensgener via

• transformation

• konformation

• transduktion

beskriv udvikling af resistens: selektionspres

Hvad er selektionspres?

Selektionspres opstår, når bakterier udsættes for antibiotika. Antibiotika dræber de bakterier, der er følsomme over for stoffet, mens bakterier med resistensgener overlever.

Trin for trin

1. Før behandling

   • Der findes mange bakterier i en population.

   • Nogle få bakterier har tilfældigt resistensgener

   • De fleste bakterier er ikke resistente.

   1. Når antibiotika gives

      • De følsomme bakterier dør.

      • De resistente bakterier overlever, fordi antibiotika ikke virker på dem.

      1. Efter behandling

         • De resistente bakterier har mindre konkurrence om plads og næring.

         • Derfor kan de formere sig hurtigt.

         1. Resultatet

            • En større del af bakteriepopulationen bliver resistent.

            • Antibiotika bliver dermed mindre effektivt.

hvordan måder modkæmper bakterier AB?

1. inaktivering af AB

2. ændrer target site (der AB rammer bakterien)

3. ændret permeabilitet (AB kan ikke komme ind i cellen)

4. drug efflux pumpe (Ab kommer ind i cellen men har efflux der kan skyde det ud af cellen igen)

hvornrå er bakterier resistente?

En bakterie er resistent, hvis den ikke hæmmes eller dræbes af de antibiotikakoncentrationer, som normalt kan opnås på infektionsstedet.

beksriv forholdet mellem MIC og MBC for baktericide AB

MIC = MBC fordi det ikke hæmmer bakteiren men dræber den

hvilke metoder findes til at teste antibiotika resistens

Metoder til at teste antibiotikaresistens

A. Agar-fortyndingsmetode

• Bakterier dyrkes på agar med forskellige koncentrationer af antibiotika.

• Viser, hvor meget antibiotika der skal til for at hæmme væksten.

B. Disk-diffusionsmetode

• Antibiotika- diske placeres på en agarplade med bakterier.

• En klar zone omkring disken betyder, at bakterierne er følsomme.

• Lille eller ingen zone tyder på resistens.

C. E-test (epsilometrisk metode)

• En strimmel med stigende antibiotikakoncentration lægges på agarpladen.

• Aflæser den laveste koncentration, der hæmmer bakterievækst (MIC-værdi).

• Bruges til præcist at afgøre, om bakterien er resistent.

hvor har AB primært target site i en bakteriecelle?

• cellevægssyntese

• proteinsyntese

• DNA/nukleinsyresyntese

• metabolisme

hvordan inddeles AB?

udfra deres target site

hvordan virker ab på cellevægsyntese?

Virker ved at hæmme vedligehold af cellevæggen. Cellevæg er vigtig for bakterien fordi det holder på bakterien. Uden cellevæggen stiger det osmotiske tryk og så brister/dør bakterien.

hvilke typer ab findes som har target site i cellevæggen?

• beta-laktamer

• glykopeptider

• polypeptider

hvilke polypeptider findes?

bacitracin

polymyxin

hvilke glykopeptider findes?

vancomycin

hvilke betal-laktamer findes?

penicillin

cefalosporiner

carbapenemer

monobactamer

beskriv hvordan beta-laktamer virker

NAG og NAM er sukkerbyggestenene i bakteriens cellevæg/peptidoglycan-cellevæggen.

• De sidder skiftevis: NAG-NAM-NAG-NAM...

• Til hvert NAM sidder en peptid-sidekæde

• Peptidkæderne bindes sammen med peptidbroer (krydsbindinger).

• Disse broer gør cellevæggen stærk og stabil.

Hvor virker β-laktamer (fx penicillin)?

β-laktamer binder til PBP (Penicillin-Binding Proteins), som er transpeptidaser.

Transpeptidasernes opgave er: at lave peptidbroerne mellem peptidkæderne.

Når penicillin binder til PBP:

• Ingen krydsbindinger dannes

• Cellevæggen bliver svag

• Bakterien kan ikke modstå det osmotiske tryk

• Bakterien brister og dør

hvordan virker de forskellige Ab på gram + og - bakterier?

beta-laktamer:

• penicilin: Gram+

• Amoxicillin/Ampicillin → Gram+ og nogle Gram −

• cefalosporiner: mere Gram− jo højere generation

• carbapenemer: gram -

• monobactamer: gram -

glykopeptider

• vancomycin: kun gram+

polypeptider:

• bacitracin: kun gram +

• polymyxin: gram -

beskriv den bakterielle resistensmekanisme mod beta-laktam

1. β-laktamase (enzym)

β-laktamaser nedbryder antibiotikaet.

• Bakterien producerer et enzym (β-laktamase).

• Enzymet kløver β-laktamringen i penicillin/amoxicillin.

• Antibiotikaet inaktiveres, før det når sit target.

➡ Resistensmekanisme: enzymatisk nedbrydning.

β-laktamase-genet er ofte plasmidbåret og kan spredes mellem bakterier ved horisontal genoverførsel

2. PBP-mutation (target site ændring)

PBP = Penicillin-Binding Protein, som er antibiotikaets mål i cellevægssyntesen.

• Bakterien ændrer sit PBP ved mutation.

• Antibiotikaet kan ikke længere binde godt til PBP.

• Cellevægssyntesen fortsætter.

➡ Resistensmekanisme: ændret target-site.

3. Nedsat permeabilitet:‌

   For at virke skal antibiotika ind til sit target. Nogle bakterier ændrer deres poriner (kanaler i membranen) via mutation, så mindre antibiotika kan komme ind.​‌

   Mindre antibiotika når frem til PBP -> Dårligere effekt.

hvordan kan Clavulansyre beskytte amoxicillin

1. β-laktamase prøver at angribe clavulansyre.

2. Clavulansyre binder sig til β-laktamasen og blokerer den.

3. β-laktamasen kan nu ikke ødelægge amoxicillin.

4. Amoxicillin når frem til PBP og virker.

Så:

Amoxicillin alene ❌ β-laktamase ødelægger det

Amoxicillin + clavulansyre ✅ clavulansyre blokerer β-laktamase ✅ amoxicillin virker

der er ribosomer i både prokaryoter og eukaryoter. hvordan kan man så selektivt ramme proteinsyntesen i prokaryote

Bakterielle (prokaryoter) og eukaryote ribosomer har forskellige subunits (70S vs. 80S). Derfor kan antibiotika målrettes bakteriers proteinsyntese selektivt uden at ramme vores ribosomer i samme grad.

hvilke ab har virkning på proteinsyntesen?

De Ab der virker på proteinsyntesen er bakteriostatiske

aminosglykosider:

• streptomycin

tetracykliner:

• tetracyklin

• klortetracyklin

• oxytetracyklin

• doxycyklin

• minocyklin

makrolider:

• erythomycin

• clarithromycin

lincosamider:

• lincomycin

• clindamycin

Chloramphenicol

fusidinsyre

hvordan har de forskellige ab virkning på proteinsyntesen?

• Aminoglykosider → blokerer initieringskomplekset

• Tetracykliner → blokerer tRNA-binding til 30S RNA subunit

• Makrolider (erythromycin) → binder til 50S og hæmmer proteinsyntesen.

• Lincosamider (clindamycin) → binder til 50S.

• Chloramphenicol → hæmmer peptidyltransferase på 50S.

beskriv virkningspektret for ab mod proteinsyntesen

hvordan bliver bakterier resistente overfor tetracykliner?

1. Effluxpumpe (mest klassisk)

Bakterien laver en pumpe i membranen.

• Tetracyklin kommer ind.

• Pumpen pumper det ud igen.

• Der er for lidt tetracyklin tilbage til at virke.

➡ Antibiotikaet når ikke at hæmme proteinsyntesen.

2. Penetrationsbarriere

Bakterien ændrer membranen.

• Mindre tetracyklin kan komme ind.

• Derfor virker antibiotikaet dårligere.

➡ Antibiotikaet kan ikke nå sit target.

3. Ændret target site

Bakterien ændrer ribosomet (30S).

• Tetracyklin kan ikke binde ordentligt.

• Proteinsyntesen fortsætter.

➡ Antibiotikaet mister sin effekt.

Nogle bakterier kan producere enzymer, som kemisk ændrer antibiotikaet, så det ikke længere kan binde til sit target.

➡ Antibiotikaet bliver "ødelagt" eller modificeret og virker derfor ikke.

hvordan spredes resistens mod tetracykliner?

Resistensgenerne kan bæres af transposoner og spredes mellem bakterier. Et transposon er et stykke DNA, som kan flytte sig mellem DNA-molekyler og ofte bærer resistensgener.

hvilke ab findes med virkning på nukleinsyresyntesen?

fluoroquinoloner

• nalidixinsyre

• ciprofloxacin

rifamyciner

• rifampicin

Metronidazol

beskriv hvordan fluoroquinoloner virker mod nukleinsyresyntesen

er baktericid så dræber bakterier ved at forhindre dem i at kopiere deres DNA.

Hæmmer nukleinsyresyntesen (DNA-syntesen)

De gør det ved at blokere:

• DNA-gyrase hos Gram− bakterier. enzymet styrer DNA’et supercoiling

• Topoisomerase hos Gram+ bakterier. enzymet hjælper med replikation

hvordan er fluoroquinoloners virkningsspektrum?

bredt spektrum så bruget ikke ofte

beskriv hvordan rifampicin (rifampin) virker mod nukleinsyresyntesen og dets virkningspektrum

hæmmer nukelinsyresyntesen

Rifampicin hæmmer bakteriel DNA-afhængig RNA-polymerase, så bakterien ikke kan danne RNA og dermed ikke kan syntetisere proteiner.

relativt smalspektret

beskriv hvordan metronidazol virker mod nukleinsyresyntesen og dets virkningsspektrum

Anaerobe bakterier har nogle særlige enzymer og elektrontransportproteiner (fx ferredoxin), som kan reducere metronidazol. Når metronidazol reduceres dannes reaktive frie radikaler som binder til DNA og dræber det.

det er et pro-drug som ikke er aktivt, når man giver det. Det skal først aktiveres inde i bakterien.

Så:

1. Du giver metronidazol.

2. Metronidazol kommer ind i bakterien.

3. Bakterien omdanner det til den aktive form.

4. Nu kan det skade bakterien.

virkningsspektrum: smalspektret: virker mod anaerobe bakterier (bakterier, der lever uden ilt).

Det er baktericidt

beskriv de bakterielle resistensmekanismer for fluoroquinoloner

Fluoroquinolon-resistens opstår primært ved:

• mutationer i target-enzymet DNA-gyrase eller topoisomerase, hvilket reducerer antibiotikaets affinitet for target.

• nedsat cellevægspermeabilitet: så mindre antibiotika optages i bakterien.

beskriv de bakterielle resistensmekanismer for metronidazol

• Penetrationsbarriere: nedsat optagelse af antibiotika

• Nedsat aktivitet af cellulære reduktaser: det vil normalt aktiverer metronidazol intracellulært.

Da metronidazol er et pro-drug, vil manglende aktivering medføre nedsat dannelse af de frie radikaler, som normalt beskadiger bakteriens DNA.

hvilke ab findes med virkning på bakteriens metabolisme og beskriv deres virkningsmekanisme

Sulfonamider og Trimethoprim (synergisme sammen)

Virkningsmekanisme

• Er antimetabolitter, som hæmmer bakteriens folinsyresyntese.

• Folinsyre er nødvendig for dannelsen af puriner og pyrimidiner, som bruges til DNA-syntese.

• Sulfonamider konkurrerer med PABA om binding til enzymet ​‌

• Trimethoprim hæmmer enzymet

beskrinv Sulfonamider og Trimethoprims virkningsspektrum

Virkningsspektrum

• Bredspektret.

• Virker mod mange Gram-positive og Gram-negative bakterier.

beksriv de bakterielle resistensmekanismer mod sulfonamider

Bakterien får et nyt gen (ofte plasmidbåret), som koder for en alternativ version af enzymet der bruges til folinsyresyntesen.

Det nye enzym:

• udfører samme funktion

• har lav affinitet for sulfonamider

• kan derfor ikke hæmmes af antibiotikaet

Resultat:

• Folinsyresyntesen fortsætter.

• Bakterien overlever.

hvad er antimykotika og hvorfor kan de ramme svampe mere selektivt end menneskeceller

antimykotika er midler mod svampe

• Svampe er eukaryoter ligesom menneskeceller.

• Derfor er de sværere at ramme selektivt end bakterier.

En vigtig forskel er cellemembranen:

• Menneskeceller: indeholder kolesterol

• Svampeceller: indeholder ergosterol

Ergosterol er derfor et vigtigt mål for antimykotika.

beskriv polyener som antimykotika

Polyener (Amphotericin B, Nystatin)

Virkningsmekanisme:

• Binder direkte til ergosterol i svampens cellemembran.

• Danner porer/huller i membranen.

• Celleindhold lækker ud.

• Svampen dør.

beskriv azoler som antimykotika

Azoler (Miconazol, Fluconazol) Virkningsmekanisme

• Hæmmer syntesen af ergosterol.

• Svampen kan ikke opbygge en normal cellemembran.

• Membranen bliver ustabil, og væksten hæmmes.

beskriv svampecellens resistensmekanismer for antimykotika

Resistens mod antimykotika

1. Ændringer i target site -> AM binder dårligere​‌

2. Enzymmodifikationer -> am hæmmer dårligere​‌

3. Reduceret permeabilitet -> mindre am i svampecellen​‌

4. Effluxpumper -> am pumpes ud af cellen igen​‌

5. Mindsket aktivering af stoffet -> Hvis lægemidlet er et pro-drug, kan svampen nedsætte aktiveringen